多线程

天锁流云
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创建线程的三种方式

1.继承Thread

2.实现Runnable接口 实现Runnable只是规定了线程执行的内容，自身并没有执行的能力，需要通过Thread来执行。 为什么开发中常用Runnable？

1.执行的代码和执行者分离，执行代码和Thread是分开的。
2.资源共享多个Thread可以共用一个Runnable中的执行代码

3.实现Callable 可以返回线程的执行结果。 创建一个线程池并，将Callable实例交给线程池执行，返回结果存在Futur，Future.get就可以获取线程返回的执行结果 在没有返回时，主线程会等待。

线程通信

  1. 通过共享内存， 需要考虑并发问题。

  2. 通过网络。 也要考虑并发问题。

线程池

Eeecutor框架是java5中引入的。用来控制线程的启动，执行，和关闭，可以简化并发编程的操作，更易管理。有助于避免this逃逸问题。 Executor框架包括：线程池，Executor，Executors（工具类，以s结尾的一般是工具类，如Arrays，Collections）。

executor(Runnable r): 接受一个Runnable实例，执行任务，任务是实现了Runnable接口的类。 ExecutorService的shutdown()方法平滑第关闭ExecutorService。 ExecutorService的生命周期包括三种状态：运行、关闭、终止。 创建后便进入运行状态，调用shutdown()进入关闭状态。ExecutorService不在接收新任务，但已经提交的任务，要执行完。任务执行完后，进入终止状态。

Executors

提供了一系列工厂方法用于创建线程池。 返回的线程池都实现了ExecutorService接口。 可创建四种线程池。 FixedThreadPool 线程数固定 CachedThreadPool 线程数可调整。 可缓存，调用execute会重用以前构造的线程。如果没有线程可用，则创建一个新线程。 终止并从缓存中删除60s未使用的线程。 SingleThreadExecutor 只能存在一个线程的线程池，每次都要创建一个新线程。线程不可用时还得等待。 ScheduledThreadPool 可定时反复执行

Executor ExecutorService实现Executor

ExecutorService可以执行Runnable和Callable的任务 Callable必须通过submit方法执行。

将callable对象传给ExecutorService的submit方法后，callable的call方法会自动在一个线程上执行，并且返回Future对象。 同样，runnable的对象传给ExecutorService的submit方法，runnable的run方法会自动在一个线程上执行。

ExecutorService 执行任务最终还是调用Executor的execute方法，但execute只接受runnable，那ExecutorService为什么还能执行Callable任务？ 实际上是ExecutorService内部进行了转换

核心类

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ThreadPoolExecutor

内置了线程池的执行器 是构建线程的核心方法。 pool.execute()

当任务数少于核心线程数，就创建线程执行 当任务数大于核心线程数，就进入阻塞队列 当阻塞队列满了，且任务数少于最大线程数，就创建非核心线程执行。

创建线程池的七个参数

  1. corePoolSize:线程池中保持的线程数量。
  2. maximumPoolSize：允许的最大线程数
  3. keepAliveTime：空闲线程的活跃时间 如果线程池中的线程数数大于corePoolSize，并且有线程是空闲的，那么keepAliveTime时间后，这些空闲线程会被销毁。
  4. unit：空闲线程存活时间的时间单位。
  5. workQqueue：保存任务的队列，只保存用execute方法提交的runnable任务
  6. Handler拒绝策略： 当队列里放满了任务，线程都在工作时，新提交的任务就需要被拒绝。 怎么设置拒绝策略：
    1. 线程数到了最大，且不空闲，队列也满
    2. 调用了shutdown方法后
  7. ThreadFactory 给线程命名 设置线程是否后台运行 设置线程优先级

如何定义线程池参数

cpu密集：线程池大小为cpu数量加1 io密集：cpu数量cpu利用率（1+线程等待时间） 混合型： 拒绝策略：

  • 默认采用AbortPolicy拒绝策略，在程序中排除RejectedException，不强制catch。

  • callerRunsPolicy： 会将任务交给调用execute方法的线程执行，此时主线程在一段时间内将不能提交新任务，从而使工作线程处理正在执行的任务。

  • 自定义拒绝策略

  • 如果任务不是特别重要，直接丢弃任务也可以

ThreadPoolTaskExecutor

是spring提供的，基于ThreadPoolExecutor实现，用了装饰者模式，增强了功能。

scheduleExecutorService

可以定时，周期执行任务

ScheduledThreadPoolExecutor

线程池+执行器+定时，周期执行

关闭线程池

shutdown： 加锁，将线程池状态改为SHUTDOWN，中断空闲线程 shutdowNnow：加锁 将线程池状态改为STOP，中断所有线程。 中断线程，不代表线程立即结束，需要线程配合中断响应。 线程中断机制：thread # interrupt

线程池状态 1.创建后进入RUNNING 2. SHUTDOWN 不接受新任务，会把工作队列中的任务执行结束 3. STOP 不接受新任务，还会中断执行工作队列中的任务 4. TIDYING 所有任务都结束 5. TERMINATED

同步关键字

CountDownLatch

同步工具类。 允许线程可以一直等待其他线程执行完。 基于线程计数器来实现并发访问控制，主要用于主线程等待其它子线程执行完后在执行。 实现式： 在主线程中定义CountDownLatch，并将线程计数器初始值设置为子线程数，多个子线程并发执行。 每个字线程执行完，都会把CountDown-1.知道计数器为0，表示所有主线程执行完了。 此时等待的主线程会被唤醒并执行。

CAS

compare and swap 要更新的变量，旧值，新值 原子读改写操作。JVM使用这些指令来实现无锁并发。

竞争一般时，CAS性能远超基于锁的计数器。看起来他的指令更多，但无需上下文切换和线程挂起。jvm内部的代码路径实际很长。

为确保正常更新，可能将CAS操作放到for循环，语法结构看，CAS比使用锁更复杂，得考虑失败情况。 但基于CAS的原子操作，性能基本超过基于锁的计数器，即便只有很小的竞争或不存在竞争。

特性： CAS操作用了乐观锁思想，总认为自己可以成功完成操作。 有多个线程使用CAS操作同一个变量时，只有一个会成功更新。 失败的线程不会被挂起，可以再次尝试。

自旋等待 在多线程环境下，在有多个线程同时执行这些类的实例包含的方法时。 即在某个线程进入方法中执行其中的指令时，不会 被其他线程打断；而别的线程就像自旋锁一样，一直等到该方法执行 完成才由JVM从等待的队列中选择另一个线程进入。 相对于synchronized阻塞算法，CAS是非阻塞算法的一种常见实现。

AQS

abstract queued synchronizer 抽象队列同步器，通过维护一个共享资源状态，和一个先进先出队列来实现一个多线程访问共享资源的框架。

原理 为每个共享资源设置一个共享资源锁，线程在需要访问共享资源时首先需要获取共享资源锁。获取到了，就可以在当前线程中使用该共享资源，并且将共享资源设置为锁定状态。获取不到，就把线程放入线程等待队列，等待下一次资源调度。

许多同步类的实现，都依赖AQS，如Reentrantlock，Semaphore，CountDownlatch。

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state AQS维护了一个volatile int类型的变量state，用于表示当前的同步状态。Volatile不能保证原子性，但能保证state的可见性。

state可以进行compareAndSetState()操作。

AQS只是一个接口，具体操作交由自定义同步器去实现。 自定义同步器的主要方法： 1.查询线程是否在独占资源，用到condition才需要去执行 2.尝试获取锁 3.尝试释放资源 4.释放资源后允许唤醒后续等待线程

AQS定义了两种资源共享方式，独占式和共享式。 独占式：只有一个线程执行，实现方式为ReentrantLock。 共享式：多个线程可共同执行。实现方式为Semaphore和CountDownLatch。

同步器的实现是AQS的核心。

ReentrantLock

ReentrantLock采用独占方式：ReentrantLock中的state初始值为 0时表示无锁状 态 。 在 线 程 执 行 tryAcquire() 获 取 该 锁 后 ReentrantLock 中 的 state+1，这时该线程独占ReentrantLock锁，其他线程在通过 tryAcquire()获取锁时均会失败，直到锁被释放，state再次为0。 该线程在持有锁期间，可以重复获取锁，每次获取state+1. 但获取多少次锁就要释放多少次锁，这样才能保证state最终为 0。

CountDownLatch

采用共享共享方式：CountDownLatch将任务分为N个子线程去执行，将state也初始化为N，N与线程的个数一致，N个线程是并行执行的。 主线程调用latch.await()阻塞等待 每个子线程都在执行完后countDown()一次，state会执行CAS操作，并减1. 在所有子线程都执行完成后，（state=0）时会unpark主线程。主线程会从await返回，继续执行后续动作。

一般来说，自定义同步器要么采用独占方式，要么采用共享方式。 但也可以同时实现。

volatile

变量对所有线程可见，一个线程改变了变量，其他线程可以立即获取新的值。 进制指令重排：volatile变量不会被缓存在寄存 器中或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量 时总会返回最新写入的值。 在访问volatile变量时不会执行加锁操作，也就不会执行线程 阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同 步机制。 volatile主要适用于一个变量被多个线程共享，多个线程均可 针对这个变量执行赋值或者读取的操作。

volatile 在 某 些 场 景 下 可 以 代 替 synchronized，但是volatile不能完全取代synchronized的位置， 只有在一些特殊场景下才适合使用volatile。比如，必须同时满足下面 两个条件才能保证并发环境的线程安全。

  • 对变量的写操作不依赖于当前值（比如i++），或者说是单纯的变量赋值（boolean flag=true）。
  • 该变量没有被包含在具有其他变量的不变式中，也就是说在不 同的volatile变量之间不能互相依赖，只有在状态真正独立于程序内的 其他内容时才能使用volatile。

多线程共享数据

数据在多线程环境下的一致性和安全性。 实现方式：

  1. 将数据封装在一个类中，数据的操作写在方法中，方法要加上synchronized修饰符。

  2. 把这个类作为Runnable的成员变量。

ThreadLocal

可以将数据缓存在某个线程内部，该线程可以在任意时刻任意方法取出数据。

ThreadLocal是由ThreadLocalMap类实现的。 每个Thread内部都维护了一个ThreadLocalMap类，map的key是ThreadLocal，value是要缓存的值。

ThreadLocal的set方法： 先取出ThreadLocal所在的线程，再从线程中取出ThreadLocalMap,再往ThreadLocalMap中添加键值对。 使用完ThreadLocal后调用remove方法清楚键值对。

应用场景：连接管理。。。

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